Funktionsweise des WooWee Bladestar

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Husi
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#1 Funktionsweise des WooWee Bladestar

Beitrag von Husi »

Ausgelöst durch die Frage von Engelbert und seinem (jetzt nicht mehr) Blattspitzenantrieb unter:
http://www.rchelifan.org/sonstiges-f4 ... l#p1543170

Fragte ich mich, wie dieses "Teil" WooWee Bladestar funktioniert.


Wer geht diese Gedanken mit?
Ich würde mir eine Disskusion wünschen, die evtl. eine Erklärung dieses Flugobjektes zu tage fördert.


Hier ist die Entwicklung mit Bildern beschrieben:
http://www.robocommunity.com/article/13 ... -bladestar

Es gibt wohl auch eine Variante mit nur einem Propeller:
http://www.robocommunity.com/article/15 ... iving-room

Technisch sieht es (in der Draufsicht) so aus:
WowWee_Übersicht.png
WowWee_Übersicht.png (39.33 KiB) 2830 mal betrachtet
Es fällt auf:

1.) Steuermöglichkeiten nur durch Motordrehzahländerung (Phasenabhängig ?)
2.) Stabilität wie ein Koax
3.) schräge Schlagachse
4.) Die Rotoblattsteckung ist in der Achse der Blattschwerpunkte
5.) Der "Schubstrahl" geht genau durch den Blattschwerpunkt

Gedanklich gehe ich mal davon aus, das sich z.B. durch eine Störung / Windböe der zentrale Rotationskörper mit seiner Rotationsachse neigt (keine Taumelbewegung).
Dann ändern sich pro Umlauf, durch die schräge Schlagachse und dem Umstand das die Schlagachse Höhenschwankungen ausgesetzt ist, der Anstellwinkel der Rotorblätter.

Was ich nicht verstehe ist der Umstand, das der Anstellwinkel größer wird, wenn die Schlagachse (durch eine Rotationskörperneigung) nach oben verschoben wird.
Oder habe ich jetzt einen Knoten im Hirn?

Zur Steuerung:
Einzig vernünftige Möglichkeit das Gerät zu steuern, ist meines erachtens die Propeller Phasenweise zu beschleunigen bzw. Abzubremsen. Bei diesen kleinen Props könnte das
von der Reaktionsgeschwindigkeitsänderung (also Rotationsbeschleunigung) evtl. sogar funktionieren. Wer hat damit Erfahrung?


Viele Grüße
Mirko
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Crizz
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#2 Re: Funktionsweise des WooWee Bladestar

Beitrag von Crizz »

Ich denke mal, das das Gyro-Prinzip zu grunde liegt, das für die Eigenstabilisierung sorgt. Wie allerdings dann das rollen und nicken bewirkt wird erschließt sich mir auch noch nicht, da sehe ich eigentlich nur eine elektrnische Mischung , die eine Pitchverstellung der einzelnen Blätter bewirkt. Ich hab mir nur das Video aus dem Parallelthread angesehen und weiß jetzt nicht, ob es auch Aufnahmen vom "inneren" bisher gab, von daher ist meine Äußerung da unter Vorbehalt zu sehen.
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the-fallen
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#3 Re: Funktionsweise des WooWee Bladestar

Beitrag von the-fallen »

Ich denke auch, dass der die Motoren Phasenweise schneller/Langsamer drehen lässt. Dazu ist der kleine Prozessor schon in der Lage wenn ihm ein Magnetometer oder dergleichen als Sensor zur Verfügung steht.
Dass sowas schnell genug funktionieren kann mit den Motoren kennt jeder, der schon mal die Heckempfindlichkeit seines Blade-Microhelis überreizt hat :D

Damit wäre der Ablauf dann vermutlich wie folgt:

Einschalten: System merkt sich die aktuelle Ausrichtung im Erdmagnetfeld und speichert sich das als "Nullpunkt"
Nicken/Rollen: System berechnet und Mischt die Zeitpunkte wann die Motoren schneller/langsamer drehen müssen
Gieren: die am Anfang ermittelte Ausrichtung wird einfach intern verdreht so dass die Phase für die Roll/Nick-Steuerung verschoben wird und System merkt sich den neuen "Nullpunkt".


Genauso wollte ich das auch mit dem Monocopter von Elektromaus machen - nur liegt meiner noch immer unfertig im Keller :(


Wenn man dann sogar einen Sensor findet den man Programmieren kann immer dann einen Interrupt auszulösen wenn der "Nullpunkt" erreicht wird muss der kleine Microprozessor sogar noch weniger rechnen (pollen).
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acanthurus
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#4 Re: Funktionsweise des WooWee Bladestar

Beitrag von acanthurus »

Hi..

Ich bilde mir ein, Steuerung und Flugmechanik von dem Ding einigermaßen verstanden zu haben.
Irgendwo da drin schlummert entweder ein Absolutwinkelgeber in Form eines (einkanaligen, das reicht völlig) Magnetkompasses, oder aber das Teil triggert seine Phase auf die Aussendung des zugehörigen IR-Senders. Das ließe sich leicht ausprobieren indem man mal mit Sender in der Hand um das schwebende Ding herumgeht und schaut, ob sich die Steuerreaktion "mitbewegt" (IR Trigger) oder raumfest bleibt (Kompass).

Was die Steuerung angeht: "Collective" ist klar, über Gesamtdrehzahl.
Cyclic ist da schon deutlich schwieriger, per modulierter Drehzahl. Wie überträgt sich nun diese Drehzahl (bzw. Drehmoment)schwankung auf die zyklische Steuerung? Da gibt es prinzipiell mehrere Möglichkeiten, ich denke, diese ist diejenige, welche hier am Wirken ist:

Steuerprinzip ist phasenabhängig modulierte entgegengesetzte Drehzahländerung der beiden Motoren. Dadurch erhöht sich momentan das Drehmoment des einen, während der andere weniger Drehmoment erzeugt. Das Reaktionsmoment dieser Drehzahländerung landet in der Stabistange und dreht diese aus der Ebene heraus, was in zyklischen einer Anstellwinkeländerung der beiden Blätter resultiert. Diese Anstellwinkeländerung erzeugt ein Auslenken der Blätter aus der beisherigen Drehebene. Da der Rotor reichlich Schlaggelenksabstand hat, resultiert diese Auslenkung in einem Roll- bzw. Nickmoment auf das Gesamtgerät (siehe gepostetes Bild im Blattspitzenantriebs-Thread) und damit in einer richtungsabhängigen Gesamtsteuerreaktion des Gesamtgerätes. Das Steuermoment dürfte dabei nicht allzu kräftig sein, und die Wendigkeit recht begrenzt - was man ja in den Testberichten auch so liest.

Andere Steuerprinzipien, über modulierte Drehzahlschwankungen zur kurzfristigen phasenweisen Erhöhung/Reduktion der Drehfrequenz des Rotors, sind auch theoretisch auch möglich, würden aber nicht bei einem symmetrisch ausgeführten Zweiblattrotor funktionieren sondern eher nur bei einem Einblattrotor.
z.B. würde eine kurzfristige Drehzahlerhöhung zu einer momentanen Aufstriebssteigerung führen, wodruch sich der Konuswinkel verkleinert würde. Über eine "schlaue" Ausrichtung des Schlaggelenks oder der elastischen Achse des Rotors könnte damit eine zyklische Steuerung eingestreut werden.
Alternativ könnte auch der Motor oberhalb oder unterhalb der Rotorebene sitzen und durch seinen periodischen Schub ein Drehmoment auf die Einstellwinkelachse ausüben (das war eines der angepeilten Steuerkonzepte meines RC-Charybdis-Projektes, welches neben vielen anderen gerade auf Eis liegt)
Das funktioniert hier wie gesagt nicht, da Zweiblattrotor.

gruß
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seitwaerts
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#5 Re: Funktionsweise des WooWee Bladestar

Beitrag von seitwaerts »

Moin!

Ich habe heute Früh von Tom (rocket-tom) genau dazu passsend eine Mail bekommen.
Das Thema nennt sich "Underactuated Rotor for Simple Micro Air Vehicles" -> http://modlabupenn.org/underactuated-rotor/

Dazu gibt es auch ein schönes PDF, das er mir gleich mitgeschickt hat, das ich hier aber natürlich nicht veröffentlichen kann (Anfrage per PN)

Darin ist die Funktionsweise dieses Rotors sehr schön erklärt.
Grysze, Volker

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acanthurus
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#6 Re: Funktionsweise des WooWee Bladestar

Beitrag von acanthurus »

Also das Bild sieht so aus als ob linkes und rechtes Blatt unterschiedlich aufgeängt sind (ist das beim Bladestar auch so?) und eine zyklische Einsteuerung über die delta-2-Kopplung (feedback vom Schwenkwinkel auf den Einstellwinkel) vorgenommen wird.
Ist beim Bladestar das Schlaggelenk in der ebene, oder hat es wie in deinem Link einen "Anstellwinkel" (delta-2-winkel) aus der Ebene heraus?

*edit* nachdem Volker mit das Paper geschickt hat (danke!) kann ich nach kurzem Überfliegen des Papers diese Annahme bestätigen, die Steuerung erfoglt über die schwenk-Einstellwinkel-Kopplung durch unterschiedliche delta-2-Winkel der beiden Rotorblätter.
Für quasi-schwebende Vehikel funktioniert das, jedoch könnte man das leider nicht auf "richtige" Hubschrauberrotoren (d.h. solche, welche mit anständig Fortschrittsgrad fliegen) übertragen, da diese negative Kopplung des einen Rotorblattes zu instabilität und sehr starken Vibrataionen führen würde - eigentlich schade, da ansonsten sehr elegant.
Diese Technik dürfte auch geeignet sein, um das bis Dato kleinste vollwertig-vierkanalige RC-Spielzeug verwirklichen zu können... also den downgrade vom 4-rotor-nanoquad hin zum micro-Koax, welcher lediglich zwei Motörchen anzusteuern hat. Da man die Elektronik fast beliebig klein bekommen kann, Lipos auch skalierbar sind, die Mechanik sehr simpel ist und lediglich 2 Motörchen erforderlich sind, wäre damit wohl ein Supermini-Modell mit 30mm Rotorduchmesser mit weniger als 1/4 der Standfläche der nanoquads möglich - also "echte" Hummelgröße (wenns ne fette Hummel ist).
Kann nicht lange dauern, bis der Markt das hergibt (oder die US-Geheimdienste haben das längst)

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seitwaerts
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#7 Re: Funktionsweise des WooWee Bladestar

Beitrag von seitwaerts »

Beim Bladestar scheinen beide Blätter gleich aufgehängt zu sein. Das vermute ich anhand der gleich aussehenden Ersatzblätter.
Bei der Zeichnung bin ich mir nicht sicher, ob das ein (gewollter?) Fehler ist...
Im PDF heisst es aber wohl, dass der Schwenkwinkel auf den Einstellwinkel einwirkt.
acanthurus hat geschrieben:oder aber das Teil triggert seine Phase auf die Aussendung des zugehörigen IR-Senders.
Im Netz fand ich eben noch die Aussage, dass sich das Ding an der IR-Fernbedienung orientiert.


Ich hoffe, das PDF hilft Dir weiter :wink:
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acanthurus
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#8 Re: Funktionsweise des WooWee Bladestar

Beitrag von acanthurus »

seitwaerts hat geschrieben: Ich hoffe, das PDF hilft Dir weiter :wink:
Das tut es auf jeden Fall. In dem Moment, wo man unterschiedliche Koppelwinkel an den beiden Rotorblättern vorsieht (darauf zu kommen ist der eigentliche kreative Akt) ist eigentlich klar, wie der Rest funktioniert - aber in dem Paper hat man es dann mal ausführlich ausgetreten.

Der Bladestar sieht mir jedoch einigermaßen symmetrisch aufgebaut aus, weshalb ich immer noch von der Drehmomentfeedback-Methode ausgehe (bis mir jemand detailliertere Vergleichsbilder der Blatthalter bietet)

gruß
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Husi
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#9 Re: Funktionsweise des WooWee Bladestar

Beitrag von Husi »

Moin Volker,
seitwaerts hat geschrieben:Dazu gibt es auch ein schönes PDF, das er mir gleich mitgeschickt hat, das ich hier aber natürlich nicht veröffentlichen kann (Anfrage per PN)
ja wie jetzt, du hast mir die PDF nicht auf Grund der default Einstellung (Interessantes -> automatisch an Mirko) weiter geleitet? :D Bitte, bitte (auch wenn ich eigentlich lieber etwas anderes machen sollte)

Danke
Mirko
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Husi
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#10 Re: Funktionsweise des WooWee Bladestar

Beitrag von Husi »

Nun hatte ich mal wieder etwas Zeit, mich mit den schönen Dingen des Lebens zu beschäftigen. :D
acanthurus hat geschrieben:Steuerprinzip ist phasenabhängig modulierte entgegengesetzte Drehzahländerung der beiden Motoren. Dadurch erhöht sich momentan das Drehmoment des einen, während der andere weniger Drehmoment erzeugt. Das Reaktionsmoment dieser Drehzahländerung landet in der Stabistange und dreht diese aus der Ebene heraus, was in zyklischen einer Anstellwinkeländerung der beiden Blätter resultiert. Diese Anstellwinkeländerung erzeugt ein Auslenken der Blätter aus der beisherigen Drehebene. Da der Rotor reichlich Schlaggelenksabstand hat, resultiert diese Auslenkung in einem Roll- bzw. Nickmoment auf das Gesamtgerät (siehe gepostetes Bild im Blattspitzenantriebs-Thread) und damit in einer richtungsabhängigen Gesamtsteuerreaktion des Gesamtgerätes. Das Steuermoment dürfte dabei nicht allzu kräftig sein, und die Wendigkeit recht begrenzt - was man ja in den Testberichten auch so liest.
Um diese schlüssig klingende Erklärung auch wirklich zu verstehen, habe ich (versucht) das Ganze mal grafisch dazustellen.
Mir fällt das Verstehen dann jedenfalls leichter... :idea:
WowWee-Rotation.png
WowWee-Rotation.png (87.98 KiB) 2503 mal betrachtet
Jetzt fehlt nur noch der letzte Schritt, der kommt bei mir wohl erst nach Weihnachten...

Viele Grüße
Mirko

PS: hier sind gute Zeichnungen von dem Gerät drin: http://www.wowwee.com/static/support/fl ... Manual.pdf
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#11 Re: Funktionsweise des WooWee Bladestar

Beitrag von acanthurus »

Ok, sieht nach symmetrischem Rotorsystem aus... damit also definitiv nicht die von Volker verlinkte Steuermethode.

Mirko wills natürlich wieder genau und mit bunten Bildern wissen :lol:
Mir persönlich reicht es schon zu wissen, wie eine phasensteuerung gemacht werden könnte - die genaue ReaktionsRICHTUNG ist Kür ;)
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Husi
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#12 Re: Funktionsweise des WooWee Bladestar

Beitrag von Husi »

acanthurus hat geschrieben: Mir persönlich reicht es schon zu wissen, wie eine phasensteuerung gemacht werden könnte - die genaue ReaktionsRICHTUNG ist Kür ;)
Naja ich wollte wenigsten einmal, an einem nicht ganz gewöhnlichen Rotorsystem, die Funktionweise verstehen und nachvollziehen können.

Viele Grüße
Mirko
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acanthurus
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#13 Re: Funktionsweise des WooWee Bladestar

Beitrag von acanthurus »

Klaro, ist ja auch richtig so.
Aus praktischer Sicht muss man die Frage dann auch bis zum Ende (bzw. zum Anfang) denken (wollt ihr Vor- oder Nachdenker sein?) ... wie ist der DYNAMISCHE Zusammenhang zwischen zyklischer Motor-PWM-Änderung und Drehmoment? Neben dem Regelkreis Drehmoment-Rotor-Reaktion-Flugrichtungsänderung ist da ja noch der Regelkreis Knüppelposition-Drehzahlmodulation-Drehmoment vorgeschaltet.
Der Weg vom Knüppelausschlag zur Flugrichtungsänderung ist also ein langer, mit zwei verschiedenartigen dynamischen Systemen auf der Steller-Strecke (ist ja ziemlich sicher open loop, also keine REGELstrecke)

Da eine exakte Vorabberechnung der Steuerphase zu machen ist schon sehr, sehr sportlich.

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#14 Re: Funktionsweise des WooWee Bladestar

Beitrag von Husi »

Moin Andi,
das mal so genau zu betrachten incl. PWM-Signal etc. wäre sicherlich auch mal spannend... Zur Zeit ist jedoch die Iteration meiner Blattelementemethote noch nicht fertig und das am Propeller verwendete Profil unbekannt...
acanthurus hat geschrieben: Da eine exakte Vorabberechnung der Steuerphase zu machen ist schon sehr, sehr sportlich.
Somit sind die von mir aufgezeigten Amplitudengrößen geraten. Allerdings hoffe ich, das die Form und die Lage der Maxima stimmen. Es ging mir also auch “nur“ um das System, nicht um die exakte Größe der Werte...

Viele Grüße
Mirko
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helihopper

#15 Re: Funktionsweise des WooWee Bladestar

Beitrag von helihopper »

Ah so.

Ich verstehe nur Bahnhof. Aber egohl.
Gibt ja auch durchaus Sylvestertaugliche Alternativen dazu ;-)


https://www.youtube.com/watch?v=8w_ZbldVYR0
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